Modelagem de processos industriais da indústria de óleo e gás como sistema a eventos discreto para o diagnóstico de falhas: um estudo de caso da planta SMAR PD3

Abstract

Processos industriais modernos são geralmente controlados hierarquicamente em dois níveis. Uma lógica de controle de tempo contínuo, como um driver PID, por exemplo, é inovadora no nível inferior para garantir que o comportamento do sistema atinja especificações de regimes transitórios e permanentes, enquanto no nível superior, um controle supervisório garante especificações de segurança para operações rotineiras e não rotineiras. Em geral, ambas as estratégias de controle são projetadas sem considerar que os componentes do sistema podem sofrer falhas que modifiquem seu comportamento esperado. Assim, uma estratégia de diagnóstico de falhas é fundamental para indicar a ocorrência de um evento de falha que pode causar um desvio do comportamento esperado do sistema. Essa estratégia também visa adicionar uma camada de proteção no sistema, ao sistema de supervisão de segurança existente. Neste trabalho, uma estratégia de diagnóstico de falhas para sistemas a eventos discretos é explorada para um sistema de nível de líquido de tanque controlado em dois níveis. Para tanto, considere que pode ocorrer um evento de falha na válvula, ou que faz com que a válvula fique travada. É uma estratégia de modelagem proposta para a abertura que considera as consequências da falha e sua interação com os demais componentes. A principal contribuição desse trabalho é a técnica de modelagem de falhas, que garante a entrega do modelo pós falha a partir dos modelos e especificações do projeto de controle supervisório de nível hierárquico superior. Por fim, fica demonstrado que esta abordagem não interfere no projeto de controle, o que permite que a análise do relatório seja realizada e renovada em um sistema controlado já em execução.

Abstract: Modern industrial processes are generally hierarchically controlled in two levels. A continuous time control logic, such as a Proportional Integral Derivative (PID) control, for example, is implemented at the lower level to ensure that the system behavior attains transient and steadystate specifications, while at the higher level, a supervisory control ensures safety specifications for routine and non-routine operations. In general, both control strategies are designed without considering that system components can suffer faults that can modify their expected behavior. Therefore, a fault diagnosis strategy is essential to quickly indicate the occurrence of a fault event that may cause a deviation from the expected behavior of the system. This strategy also aims to add a layer of protection to the existing security supervisory system. In this work, a fault diagnosis strategy for discrete event systems is explored for a two-level controlled tank liquid level system. Therefore, it is considered that a fault event can occur in the valve, which causes the valve to be stuck closed. A modeling strategy for the valve is proposed that considers the fault consequences and its interaction with the remaining components. The main contribution of this work is the failure modeling technique, which guarantees the acquisition of the post-failure model based on the models and specifications of the supervisory control project at the higher hierarchical level. Finally, it is shown that this approach does not interfere with the control project, which allows the diagnoser synthesis to be achieved and implemented in a controlled system already running.